Газовый аккумулятор давления

Питающие элементы гидро- и пневмосистем

К питающим элементам гидравлических и пневматических систем относятся насосы, компрессоры, вентиляторы, гидроемкости, аккумуляторы. Насосы, компрессоры, вентиляторы являются генераторами гидравлической или пневматической энергии в гидро- или пневмосистеме. В перечисленных элементах первичная энергия, снимаемая с вала основного силового агрегата автомобиля, преобразуется во внутреннюю энергию сжатого газа или во внешнюю энергию движущейся жидкости. Гидроемкости и аккумуляторы предназначены для содержания в них рабочей жидкости с целью использования ее в процессе работы привода.

Гидробаки

Гидробакслужит для хранения, очистки и охлаждения рабочей жидкости, циркулирующей в гидроприводе.

Гидробаки, применяемые в машиностроительных гидроприводах, бывают открытые (с атмосферным давлением над жидкостью) и закрытые (с давлением над жидкостью, отличающимся от атмосферного).

На рис. 5.1 приведена типовая схема открытого гидробака

Рис. 5.1. Типовая конструкция открытого гидробака

Корпус бака 1 закрыт крышкой 2, исключающей попадание в гидробак посторонних примесей. Через крышку 2 в бак входят трубы сливной 3 и всасывающей 5 гидролиний. Для заполнения бака жидкостью в его крышке установлена заливная пробка 4 с дренажным отверстием, обеспечивающим выравнивание давлений внутри и снаружи бака, а также отвод выделяющихся из жидкости газов и воздуха в атмосферу. Для предотвращения попадания в бак пыли дренажное отверстие снабжено воздушным фильтром, В корпусе бака установлены сливные пробки 6 и 7, расположение которых обеспечивает полное опорожнение бака. Для этого дно бака имеет уклон 5 - 10° в сторону пробки. В гидробаке между сливной 3 и всасывающей 5 трубами расположена перегородка, удлиняющая путь, проходимый жидкостью. Это улучшает удаление из рабочей жидкости воздуха и повышает эффективность ее охлаждения. С этой же целью сливная труба 3 имеет срез под углом 45°, направленный в сторону стенки бака.

Основные конструктивные размеры бака выбираются из следующих соотношений: объем бака W = (2...3)Q (Q – подача насоса в минуту); высота перегородки Н = 2/3L (L- минимально допустимый уровень жидкости в баке); глубина погружения сливной 3 и всасывающей 5 труб -h (2...3) d (d – диаметр проходного сечения трубы); срез всасывающей трубы должен отстоять от дна бака на расстояние m 2d.

В гидробаке, как правило, имеется указатель уровня жидкости, например, мерное окно.

В большинстве случаев гидробак имеет сварную конструкцию и изготавливается из листовой стали. После сварки внутренняя поверхность бака тщательно очищается и окрашивается маслостойкой нитроэмалью. В некоторых гидроприводах гидробак служит станиной для установки насосов и других гидроагрегатов. Всвязи с этим крышка бака, выполняющая функцию основания, должна быть достаточно прочной и жесткой. Насос следует устанавливать так, чтобы его высота над уровнем рабочей жидкости в баке не превышала 700 мм. Заливку рабочей жидкости в бак целесообразно производить через сетчатый фильтр грубой очистки, а сливную пробку 7 бака рекомендуется изготавливать из магнитного материала для улавливания продуктов износа стальных деталей. При проектировании бака следует руководствоваться ГОСТ 12448-80.

Закрытый гидробакс избыточным давлением применяют в некоторых гидроприводах для обеспечения лучшего заполнения рабочих камер насоса и исключения возникновения кавитации. Герметичный бак, представляющий собой сварной цилиндр, заполняют воздухом или инертным газом под давлением до 0,2 МПа. В гидросистемах прессов такие баки служат для заполнения рабочих цилиндров жидкостью при холостом ходе машины. Избыточное давление в них достигает 0,8 - 1,0 МПа.

Газовый аккумулятор давления

Газовый аккумулятор давления обеспечивает хранение и возможность использования в требуемом режиме энергии сжатого газа или пара. На автотранспорте газовый аккумулятор давления используются в системе питания газобаллонных автомобилей, в тормозной системе автомобилей с пневмоприводом, а также в пневмосистемах цехов и участков автотранспортных предприятий. Газовый аккумулятор реализован в виде баллона, снабженного необходимыми приспособлениями для заполнения и опорожнения.

В пневмосистемах газовые аккумуляторы давления (воздухосборники или ресиверы) выполняют следующие функции:

– создают запас сжатого воздуха для использования в моменты максимального потребления;

– сглаживают пульсацию подачи воздуха, которая возникает при использовании компрессоров объемного типа, особенно поршневых;

– отделяют влагу, содержащуюся в потоке воздуха, которая выпадает в виде конденсата в процессе расширения воздуха при заполнении воздухосборника и при движении воздуха по нему.

Для обеспечения нормальной работы воздухосборники снабжены аппаратурой контроля и управления, к которой относится манометр для контроля давления, предохранительный пневмоклапан, ограничивающий верхний предел давления в воздухосборнике, конденсатоотводчик.

На рис. 5.2 представлена конструктивная схема типового воздухосборника.

Рис. 5.2. Воздухосборник (ресивер)

Для лучшего влагоотделения обычно ввод воздуха делают в средней части воздухосборника, загибая входной трубопровод вниз, а отвод – из верхней части. Внутри воздухосборника устанавливают перегородки, заставляющие воздух изменять направление движения, создавая тем самым центробежные силы, которые, как и в фильтре-влагоотделителе, способствуют осушению воздуха.

Конденсат собирается в нижней части воздухосборника и через конденсатоотводчик периодически вручную или автоматически сливается. Объем воздухосборника определяют в зависимости от производительности компрессора и цикличности потребления сжатого воздуха. При этом объем воздухосборника не должен быть меньше, чем 0,5W₀, где W₀–объем воздуха (при атмосферном давлении и нормальной температуре), всасываемого компрессором за 1 мин.

Рассмотрим характерные особенности газовых аккумуляторов давления, использующихся в системе питания двигателя. В случае если в системе питания используется сжатый газ (метан), газовый аккумулятор представляет собой батарею баллонов, выполненную из специальной термообработанной стали. Баллоны рассчитаны на давление 20 МПа и снабжены соединительной и запорной арматурой. К газовым, а точнее к гидрогазовым аккумуляторам давления можно отнести и баллонную батарею, используемую в системе питания сжиженным газом (пропан-бутан). В этом случае в аккумуляторе находится топливо в жидкой фазе, а также его пары. Давление их не превышает 2 МПа, поэтому требования к механической прочности баллонов значительно ниже, чем в аккумуляторе, заполненном сжатым газом.

Гидроаккумуляторы

Гидроаккумулятор – это устройство, предназначенное для аккумулирования энергии рабочей жидкости, находящейся под давлением, с целью последующего возврата ее в гидросистему. Гидроаккумулятор накапливает энергию рабочей жидкости в периоды пауз или малого ее потребления гидроагрегатами гидросистемы и возвращает эту накопленную энергию в периоды их интенсивной работы. В этом случае гидроаккумулятор подключается к напорной гидролинии и работает параллельно насосу.

Кроме того, гидроаккумулятор может выполнять функцию гасителя колебаний давления в гидросистемах, а также применяться для поддержания постоянного давления в сливной или всасывающей гидролинии. В последнем случае гидроаккумуляторы называются подпорными гидроаккумуляторами низкого давления.

Применение гидроаккумуляторов позволяет в гидросистемах существенно уменьшить рабочий объем используемого насоса. Особенно целесообразно применять аккумуляторы в гидросистемах с эпизодическими пиками потребляемого расхода, которые, возможно, значительно превышают средний расход жидкости в гидросистеме.

В зависимости от типа механической энергии, которую накапливает гидроаккумулятор, различают:

грузовые гидроаккумуляторы(рис. 5.3, а), в которых аккумулирование и возврат энергии происходит за счет изменения потенциальной энергии груза. Важным свойством грузового гидроаккумулятора является независимость давления жидкости в нем от степени заполнения жидкостью (давление зависит от веса груза). Эти гидроаккумуляторы имеют низкую энергоемкость, высокую инерционность; очень громоздкие, поэтому используются редко;

Рис. 5.3. Гидравлические аккумуляторы: а) грузовой; б) с упругим корпусом; в) пружинный; г) пневмогидроаккумулятор без разделителя сред

пружинные гидроаккумуляторы(рис. 5.3, в), в которых аккумулирование и возврат энергии происходит за счет изменения энергии упругости деформируемой пружины. Эти гидроаккумуляторы могут накапливать небольшие объемы жидкости при малом давлении, что обусловлено ограниченными возможностями механических пружин;

гидроаккумуляторы с упругим корпусом(рис. 5.3, б), в которых аккумулирование и возврат энергии происходит за счет изменения энергии упругости деформируемого корпуса, например сильфона. Эти гидроаккумуляторы имеют те же недостатки, что и пружинные;

пневмогидроаккумуляторы(рис. 5.3, г), в которых аккумулирование и возврат энергии происходит за счет изменения энергии сжатого газа. Благодаря наибольшей энергоемкости при малых габаритах такие гидроаккумуляторы получили широкое распространение.

На рис. 5.3 рядом с соответствующими конструктивными схемами гидроаккумуляторов приведены их условные обозначения на схемах (пружинный и гидроаккумулятор с упругим корпусом имеют одинаковое условное обозначение).

Пневмогидроаккумуляторы делятся на следующие группы:

а) без разделителя сред(см. рис. 5.3, г). В них рабочая жидкость находится в непосредственном контакте с газом (чаще всего азотом). Такие аккумуляторы малоинерционны, просты по конструкции, в них практически отсутствуют потери энергии. Однако их серьезным недостатком является то, что газ, контактируя со свободной поверхностью рабочей жидкости под высоким давлением, растворяется в ней и ухудшает ее свойства. Кроме того, объем газа по мере его растворения уменьшается, в результате чего возникает необходимость в периодической подзарядке такого пневмогидроаккумулятора рабочим газом;

б) с разделителем сред(рис. 5.4). В них рабочая жидкость отделена от рабочего газа, специальным разделителем. По конструкции разделителя такие гидроаккумуляторы делят на три типа:

– поршневые (рис. 5.4, а) – с разделителем в виде поршня;

– мембранные(рис. 5.4, б) – с разделителем в виде резиновой диафрагмы;

– баллонные(рис. 5.4, в) – с разделителем в виде эластичного баллона.

Рис. 5.4. Пневмогидроаккумуляторы с разделителями сред: а) поршневой; б) мембранный; в) баллонный

Поршневые аккумуляторы имеют недостаток, обусловленный наличием трения поршня о цилиндр. В результате до 15 % аккумулируемой энергии теряется на преодоление этих сил трения. К тому же, поршневые пневмогидроаккумуляторы достаточно инерционны.

Эти недостатки практически полностью отсутствуют у мембранных и баллонных пневмогидроаккумуляторов. Силы, затрачиваемые на деформацию диафрагмы или баллона, в этих аккумуляторах малы, и такие гидроаккумуляторы можно считать практически безынерционными.

Поршневые аккумуляторы всегда имеют форму цилиндра, а мембранные и баллонные чаще делают округлой формы или в виде сферы. Аккумуляторы сферической формы отличаются компактностью и малым весом. Это обусловлено особенностями сферических форм: поверхность сферы при том же объеме меньше, чем у других форм, а напряжения, возникающие в стенках под действием давления, в два раза меньше, чем в стенках цилиндра того же диаметра.

При монтаже гидросистемы, в которой используется пневмогидроаккумулятор, необходимо предусмотреть защитный каркас с металлической сеткой, укрывающий пневмогидроаккумулятор. Эта сетка в случае возникновения аварийной ситуации улавливает осколки корпуса пневмогидроаккумулятора, практически не создавая сопротивления для газа.

Насосы

Насосом называется гидромашина, преобразующая механическую энергию привода в энергию потока рабочей жидкости.

Насосы делятся на следующие группы:

1). Динамические (центробежные, диагональные, осевые);

2). Насосы трения (дисковые, вихревые, лабиринтные, струйные, черпаковые);

3). Объемные (поршневые, роторные, шестеренные, пластинчатые, роторно-поршневые)